《以太坊 2.0 術(shù)語庫》信標(biāo)鏈、PoS、分片…接觸以太坊 2.0 得先理解這些術(shù)語
原文標(biāo)題：《以太坊 2.0 術(shù)語庫》
整理：ETH 中文網(wǎng)
Attestation 證明
證明是指驗(yàn)證者所發(fā)起的投票，由驗(yàn)證者的簽名聚合而成，用以證明區(qū)塊的有效性，投票通過驗(yàn)證者的余額進(jìn)行加權(quán)。
Attester 證明者
信標(biāo)鏈上的驗(yàn)證者可以充當(dāng)區(qū)塊提議者和證明者，證明者對區(qū)塊發(fā)起投票。
Beacon Chain 信標(biāo)鏈
以太坊 2.0 階段 0 中實(shí)現(xiàn)，將引進(jìn)權(quán)益證明 (PoS) 共識(shí)機(jī)制。也被認(rèn)為是 Eth2 的「協(xié)調(diào)層」。
職能：
為驗(yàn)證者分配職責(zé)
對檢查點(diǎn)進(jìn)行最終確定
在協(xié)議層上執(zhí)行隨機(jī)數(shù)生成
鞏固信標(biāo)鏈
對鏈頭進(jìn)行投票，作為分叉選擇的基礎(chǔ)
針對分片鏈的過渡 / 數(shù)據(jù)進(jìn)行連接和投票
Block proposer 區(qū)塊提議者
由信標(biāo)鏈通過 RANDAO 機(jī)制隨機(jī)選擇出來的驗(yàn)證者，對下一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行提議。每個(gè) slot 中僅有一個(gè)區(qū)塊提議者。
Casper FFG
Casper FFG 是基于 PoS 共識(shí)機(jī)制的區(qū)塊最終確定系統(tǒng)，其規(guī)定了區(qū)塊最終確定的規(guī)則，并對已確定的區(qū)塊進(jìn)行檢測。Casper FFG 融合了 PoS 算法技術(shù)及拜占庭容錯(cuò)共識(shí)原理，其與鏈增長過程脫鉤，可以作為一個(gè)獨(dú)立的疊加層，為任何有效區(qū)塊鏈協(xié)議提供最終確定區(qū)塊的服務(wù)。與 PoW 共識(shí)機(jī)制相比，F(xiàn)FG 可以為區(qū)塊鏈帶來更高的安全性，防止區(qū)塊被篡改。
Casper FFG vote 指驗(yàn)證者為最近一個(gè) epoch 的檢查點(diǎn)即 「目標(biāo)檢查點(diǎn)」 和前一個(gè)檢查點(diǎn)即 「來源檢查點(diǎn)」 發(fā)起投票，證明投票由驗(yàn)證者廣播到 p2p 網(wǎng)絡(luò)，最終再由區(qū)塊生產(chǎn)者打包進(jìn)區(qū)塊。
Committees 委員會(huì)
信標(biāo)鏈和分片里每個(gè) slot 中的委員會(huì)至少由 128 位驗(yàn)證者組成，根據(jù)偽隨機(jī)過程 RANDAO，驗(yàn)證者們被隨機(jī)分配到委員會(huì)中，對區(qū)塊發(fā)起投票，確定其有效性。
Checkpoint 檢查點(diǎn)
檢查點(diǎn)指位于每個(gè) epoch 第一個(gè) slot 里的區(qū)塊，如果該 slot 內(nèi)沒有產(chǎn)生區(qū)塊，則最近的前一個(gè)區(qū)塊為檢查點(diǎn)。每個(gè) epoch 都會(huì)有一個(gè)檢查點(diǎn)區(qū)塊；一個(gè)區(qū)塊可能同時(shí)是多個(gè) epoch 的檢查點(diǎn)。
Chain head 鏈頭
鏈頭是指信標(biāo)鏈或分片鏈末端的一個(gè)區(qū)塊，每個(gè) slot 中的區(qū)塊都要發(fā)起一次 LMD GHOST 投票，對信標(biāo)鏈頭進(jìn)行驗(yàn)證。
Current Balance & Effective Balance 現(xiàn)存余額 & 有效余額
現(xiàn)存余額指驗(yàn)證者當(dāng)前持有的 ETH 總數(shù)，而有效余額指根據(jù)現(xiàn)存余額計(jì)算出來的 ETH 數(shù)量。有效余額規(guī)定了驗(yàn)證者獲得的 ETH 賞金或者罰沒數(shù)量的范圍。有效余額最多為 32 個(gè) ETH。
驗(yàn)證者若想要擴(kuò)大有效余額數(shù)量，需要持有的現(xiàn)存余額為「有效余額+1.25 個(gè) ETH」。換句話說，如果驗(yàn)證者原本持有有效余額 20 個(gè) ETH，想要增加到 21 個(gè) ETH，驗(yàn)證者的現(xiàn)存余額必須增加到 21.25 個(gè) ETH。如下文第三個(gè)例子所示，倘若現(xiàn)存余額減少了 0.25 個(gè) ETH，低于閾值，有效余額也會(huì)隨之調(diào)整。
以下舉例說明了如何計(jì)算有效余額：
如果現(xiàn)存余額為 32 個(gè) ETH — 有效余額為 32 個(gè) ETH；
如果現(xiàn)存余額由 22 個(gè) ETH 減少到 21.76 個(gè) ETH — 有效余額將為 22 個(gè) ETH；
如果現(xiàn)存余額由 22 個(gè) ETH 減少到 21.749 個(gè) ETH — 有效余額將為 21 個(gè) ETH；
如果現(xiàn)存余額增加到 19.25 個(gè) ETH，且原有有效余額為 18 個(gè) ETH，那么有效余額將增加到 19 個(gè) ETH；
如果現(xiàn)存余額增加到 22.25 個(gè) ETH，且原有有效余額為 21 個(gè) ETH，那么有效余額將增加到 22 個(gè) ETH。
Deposit Contract 存款合約
部署在以太坊 PoW 鏈上的智能合約。要成為 Eth2 的 PoS 驗(yàn)證者，需要首先向存款合約發(fā)送一筆交易，包含一定量的 ETH 作為質(zhì)押金。存款合約記錄了質(zhì)押歷史紀(jì)錄，并且將所有質(zhì)押金鎖定在 PoW 鏈上，之后可以轉(zhuǎn)移至 Eth2 信標(biāo)鏈上。請注意，在 Eth2 早期階段，存款合約只支持單向轉(zhuǎn)移，不能將質(zhì)押金從 Eth2 轉(zhuǎn)回 PoW 鏈。
Double proposal 雙重提議
一名區(qū)塊提議者在他所分配到的 slot 里提議一個(gè)以上的區(qū)塊。
Double vote 雙重投票
一名驗(yàn)證者針對同一個(gè)目標(biāo)檢查點(diǎn) (target)，不同的源檢查點(diǎn) (source) 發(fā)起的兩次 FFG 投票。雙重投票可以被看做是 PoS 版本的雙花攻擊 (double-spend attack)。
Epochs 時(shí)段
每個(gè) epoch 由 32 個(gè) slots (時(shí)隙) 組成，每個(gè) slot 為 12 秒，一個(gè) epoch 即 6.4 分鐘。
EBB 時(shí)段邊界區(qū)塊
時(shí)段邊界區(qū)塊 (EBB, epoch boundary block) 是一些文獻(xiàn)中用到的術(shù)語，可以理解為「檢查點(diǎn)」(checkpoint) 的同義詞。
Fork choice rule 分叉選擇規(guī)則
Eth2 中的分叉選擇規(guī)則是 LMD GHOST (Latest Message Driven GHOST, 由最新消息驅(qū)動(dòng)的 GHOST)。在該協(xié)議中，獲得投票數(shù)最高的分叉將被選為鏈頭。與最長鏈規(guī)則相比， GHOST 的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在網(wǎng)絡(luò)延遲較高時(shí)降低攻擊效率，同時(shí)最小化鏈重組的深度。即使攻擊者能夠高效地在其分叉鏈上繼續(xù)產(chǎn)生區(qū)塊，嘗試使該鏈成為最長鏈，協(xié)議也會(huì)選擇另一條票數(shù)更高的分叉鏈。
Finalization 最終確定
最終確定性指兩個(gè)相沖突的區(qū)塊 (檢查點(diǎn)) 無法同時(shí)被最終確定，也可以稱之為經(jīng)濟(jì)確定性 (economic finality)。在 Eth2 中，一旦兩個(gè)相沖突的檢查點(diǎn)被最終確定，那么系統(tǒng)中至少三分之一的活躍驗(yàn)證者將受到罰沒。如果連續(xù)兩個(gè) epoch 被證明 (或跳過一個(gè) epoch 的連續(xù)兩個(gè) epoch)，則第一個(gè) epoch 被認(rèn)為獲得最終確定。
Justification 證明
證明指驗(yàn)證者對檢查點(diǎn)進(jìn)行投票并確定信標(biāo)鏈頭的行為。如果 2/3 的驗(yàn)證者 (即絕對多數(shù)) 對兩個(gè) epoches 達(dá)成共識(shí)，例如源檢查點(diǎn) (source) 和目標(biāo)檢查點(diǎn) (target)，那么這兩個(gè)檢查點(diǎn)都被證明了。如果連續(xù)兩個(gè) epoch 被證明 (或跳過一個(gè) epoch 的連續(xù)兩個(gè) epoch)，則第一個(gè) epoch 被認(rèn)為獲得最終確定。
LMD GHOST
LMD GHOST 是 Eth2 中的分叉選擇規(guī)則。GHOST (Greediest Heaviest Observed SubTree) 實(shí)際上是一種較早的協(xié)議，在 PoW 和其他區(qū)塊鏈中應(yīng)用頗廣。協(xié)議僅遵循「最重」子樹，即最長鏈。在比特幣語境中，最重分支是哈希算力最高的鏈，并且被視作是最長鏈 (規(guī)范鏈)。LMD (Last Message Driven) 通過「最新消息驅(qū)動(dòng)」來發(fā)揮「消息」 (message) 的作用。消息是一則證明 (attestation)，其不同之處在于獲得最多票數(shù)的分叉將被視為規(guī)范鏈。
Proof of Stake (PoS) 權(quán)益證明
權(quán)益證明 (PoS) 是一種用于公共區(qū)塊鏈的共識(shí)算法，該算法取決于驗(yàn)證者在網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)濟(jì)權(quán)益。在基于工作量證明 (PoW) 的公共區(qū)塊鏈中，通過獎(jiǎng)勵(lì)解決密碼難題的參與者，以驗(yàn)證交易并創(chuàng)建新區(qū)塊 (即挖礦)。而在基于 PoS 鏈中，一組驗(yàn)證者輪流對下一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行提議和投票，每個(gè)驗(yàn)證者的投票權(quán)重取決于其押金 (即權(quán)益) 的多少。PoS 的顯著優(yōu)勢包括提高安全性、降低中心化風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)省能耗。
在以太坊 2.0 上，激活一名驗(yàn)證者需要在網(wǎng)絡(luò)中質(zhì)押 32 ETH。
Phase 0 階段 0
階段 0 作為以太坊 2.0 的首個(gè)階段，也即啟動(dòng)信標(biāo)鏈（信標(biāo)鏈已于北京時(shí)間 2020 年 12 月 1 日創(chuàng)世）。階段 0 通過管理協(xié)調(diào)驗(yàn)證者來實(shí)現(xiàn) PoW 到 PoS 共識(shí)機(jī)制的轉(zhuǎn)變。此階段不會(huì)提供分片鏈或執(zhí)行等功能，也就是說，參與者在此階段無法在 Eth2 網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交易或是調(diào)用智能合約。
*Phase 1 階段 1
階段 1 是以太坊 2.0 繼階段 0 之后的第二次網(wǎng)絡(luò)升級，主要目標(biāo)是啟動(dòng)分片鏈，并將數(shù)據(jù)寫入分片鏈。分片是提升以太坊可擴(kuò)展性的關(guān)鍵，因?yàn)槠湓试S并行處理交易而大大提升了吞吐量，目前最新方案是在階段 1 中部署 64 個(gè)數(shù)據(jù)分片（將來或許會(huì)更多）。
Phase 1.5 階段 1.5
階段 1.5 指以太坊 1.0 和 2.0 區(qū)塊鏈的合并時(shí)期。在階段 1.5，以太坊 1.0 鏈將合并到具備執(zhí)行功能的 Eth2 信標(biāo)鏈上。彼時(shí)，1.0 鏈的全部功能 (包括 ETH 的使用) 將在 2.0 鏈上實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)破壞數(shù)據(jù)一致性。
Phase 2 階段 2
階段 2 是以太坊 2.0 的第三個(gè)階段。在之前的路線圖中，階段 2 的計(jì)劃是整合整個(gè) 2.0 系統(tǒng)的功能性，并引入基于 eWASM 的虛擬機(jī)，為分片提供執(zhí)行環(huán)境，以便基于 Eth2 構(gòu)建可擴(kuò)展的應(yīng)用，并且將 1.0 鏈完全引入 2.0，最終棄用工作量證明機(jī)制。在最新的「可執(zhí)行信標(biāo)鏈+數(shù)據(jù)分片+Layer2」路線圖中，階段 2 暫時(shí)被擱置，但仍然保留內(nèi)置虛擬機(jī)的可能性。
Sharding 分片
分片概念原本指數(shù)據(jù)庫的橫向分割，將大型數(shù)據(jù)庫分割為更小、更快、更易于管理的部分。為了保證去中心化，區(qū)塊鏈需要采取類似的橫向擴(kuò)容方式。每條分片鏈都擁有一個(gè)節(jié)點(diǎn)子集在該鏈上進(jìn)行工作。虛擬礦工和驗(yàn)證者被分配到不同的分片中，并且只處理和驗(yàn)證自己所在分片鏈上的交易。Eth2 的短期計(jì)劃是啟用 64 個(gè)分片，預(yù)計(jì)在階段 1 實(shí)現(xiàn)分片與信標(biāo)鏈的交聯(lián)。
Shuffling 「混洗」機(jī)制
驗(yàn)證者「混洗」的主要目的在于確保分片的安全性。由于驗(yàn)證者分散在不同的分片中，有的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)惡意控制某個(gè)分片。對驗(yàn)證者進(jìn)行混洗 (shuffling)，使得每個(gè)分片區(qū)塊都有一個(gè)委員會(huì)，其中的驗(yàn)證者都經(jīng)由隨機(jī)挑選。經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算，如果攻擊者控制的驗(yàn)證者少于總數(shù)的三分之一，就難以對某個(gè)分片發(fā)起攻擊。
Slots 時(shí)隙
12 秒的時(shí)間段，其中隨機(jī)選擇的驗(yàn)證者將提議一個(gè)區(qū)塊。在每個(gè) slot 中，在信標(biāo)鏈和分片中都可能新增一個(gè)區(qū)塊，但是 slot 中也可以沒有產(chǎn)生區(qū)塊。每個(gè) epoch 中，驗(yàn)證者被隨機(jī)分配到一個(gè) slot 和分片中組成委員會(huì)，除了一名區(qū)塊提議者，其他委員會(huì)成員負(fù)責(zé)對該區(qū)塊進(jìn)行證明 (attest)。每個(gè)委員會(huì)最少有 128 名驗(yàn)證者。
Surround vote 環(huán)繞投票
一名驗(yàn)證者發(fā)起的 FFG 投票環(huán)繞之前的 FFG 投票，或是被之前的 FFG 投票所環(huán)繞。
舉個(gè)例子，假設(shè)一名驗(yàn)證者在 epoch 5 內(nèi)，為 slot 32 處的源檢查點(diǎn)和 slot 128 處的目標(biāo)檢查點(diǎn)發(fā)起了一次 FFG 投票：
在 epoch 6 內(nèi)，為 slot 64 處的源檢查點(diǎn)和 slot 96 處的目標(biāo)檢查點(diǎn)發(fā)起的 FFG 投票，被其在 epoch 5 中的投票環(huán)繞。
在 epoch 6 內(nèi)，為 slot 0 處的源檢查點(diǎn)和 slot 160 處的目標(biāo)檢查點(diǎn)發(fā)起的 FFG 投票，則環(huán)繞了其在 epoch 5 中的 FFG 投票。
Slashing 罰沒
對驗(yàn)證者進(jìn)行罰沒，是指如果驗(yàn)證者被證實(shí)存在破壞行為，其 (部分) 質(zhì)押金將被銷毀。在 Eth2 階段 0 時(shí)期，驗(yàn)證者主要會(huì)因?yàn)槿N惡意行為被罰沒：雙重投票 (double voting)、環(huán)繞投票 (surround voting)、雙重提議 (double proposal)。被罰沒的驗(yàn)證者將被停止繼續(xù)參與協(xié)議，并且會(huì)被強(qiáng)制退出。
被銷毀的質(zhì)押金會(huì)與同時(shí)段被罰沒的驗(yàn)證者數(shù)量成一定比例，以避免驗(yàn)證者因無心之舉而受到超額懲罰。因?yàn)楣粜枰罅框?yàn)證者參與，被罰沒的驗(yàn)證者越多，說明被攻擊的可能性越大，懲罰力度也就越強(qiáng)。最低罰沒金額為 1 ETH，最高罰沒金額為驗(yàn)證者全部余額。
Validator 驗(yàn)證者
驗(yàn)證者可以看作是權(quán)益證明 (PoS) 共識(shí)機(jī)制中的「虛擬礦工」。用戶通過質(zhì)押 ETH 來激活和管理驗(yàn)證者，每質(zhì)押 32 個(gè) ETH，就會(huì)激活一名驗(yàn)證者。
驗(yàn)證者通過驗(yàn)證者客戶端進(jìn)行工作，而客戶端借助信標(biāo)（鏈）節(jié)點(diǎn)來運(yùn)行。每個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)都有跟蹤和讀取信標(biāo)鏈的功能。而每個(gè)驗(yàn)證客戶端都可以執(zhí)行信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的功能，或者調(diào)用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)客戶端允許一個(gè)或以上驗(yàn)證者執(zhí)行驗(yàn)證職能。
驗(yàn)證者生命周期：
1. 質(zhì)押：已將 32 ETH 存入 ETH1 存款合約，此狀態(tài)將保留約 7 個(gè)小時(shí)。這可以在 ETH1 鏈遭遇攻擊時(shí)保障安全性。
2. 等待在 Eth2 激活
在網(wǎng)絡(luò)中有 327680 個(gè)有效驗(yàn)證者之前，每個(gè) epoch 可以激活 4 個(gè)驗(yàn)證者 (每天 900 個(gè))。在此之后，每個(gè) epoch 可以激活 5 個(gè)驗(yàn)證者。并且每增加 6.4 萬個(gè)活躍驗(yàn)證者，每個(gè) epoch 可以激活的驗(yàn)證者數(shù)量+1
激活數(shù)量與活躍驗(yàn)證者的數(shù)量成比例，上限是有效驗(yàn)證者集除以 64,000
活躍驗(yàn)證者(參與證明 & 提議區(qū)塊)：
出現(xiàn)以下情況任一，驗(yàn)證者停止工作
余額低于 16 個(gè) ETH (被驅(qū)逐)
自愿退出
受到罰沒
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